DE1966243C3 - Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode zur Verwendung als Impedanzelement in integrierten Schaltungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode zur Verwendung als Impedanzelement in integrierten SchaltungenInfo
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Description
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40
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs I zur Herstellung einer
Schottky-Diode.
Vor dem Aufkommen der integrierten Schaltungen w>
gab es Vorschläge zur Ausnutzung der Eigenschaften von PN-Übergangsdioden in Sperrichtung, um eine
hohe Impedanz in Schaltungen zu erhalten, in welchen diskrete Schaltungselemente verwendet sind. Jedoch
erwies sich die Impedanz hochwertiger PN-Übergangs- ">">
dioden als zu hoch, und die niedrigere Impedanz bewußt
verschlechterter Dioden erwies sich als zu schwierig kontrollierbar. Demgemäß sind diese Vorschläge nicht
weiter verfolgt worden.
Aus »Solid-State Electronics, Vol. 11, Nr. 5, Mai 6"
1968.« Seiten 517 bis 525, sind Scholtky-Dioden
bekannt, die als Mikroweilen-Mischdioden Verwendung finden sollen und deren Schottky-Übergang zwischen
ri-leitendem Silicium und einem Metallsilicid auftritt Zur
Erzeugung des Metallsilicids wird der am PN-Übergang beteiligte Bereich durch Oxidieren und Ablösen des
entstandenen Oxids gereinigt, mit Palladium beschichtet und gesintert, Diese Schottky-Dioden weisen im
Sperrbereich Widerstandswerte von einigen Megohm auf, also Widerstandswerte, die für integrierte Schaltungen
in der Regel viel zu hoch sind.
In »The Bell System Technical Journal«, Band 47, Nr. 2, Februar 1968, Seiten 195 bis 208, sind ähnliche
Schottky-Dioden beschrieben, bei denen der Schottky-Übergang zwischen N-Ieitendem Silicium und Platinsilicid
gebildet ist und die von einem Schutzring umgeben sind. Diese Dioden weisen jedoch im Sperrbereich einen
noch viel größeren Widerstandswert auf, nämlich etwa
10q bis 10" Ohm, also Werte, die zur Herstellung von
Widerständen in integrierten Schaltungen indiskutabel sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren verfügbar zu machen, mit dem sich in gut reproduzierbarer Weise
Schotlky-Dioden herstellen lassen, die sich als Widerstandselemente
in integrierten Schaltungen eignen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in Unteransprüchen vorteilhaft
weitergebildet.
Mit dem angegebenen Verfahren lassen sich Schottky-Dioden herstellen, die im Sperrbereich Widerstandswerte
im Kiloohmbereich aufweisen, die sich in integrierten Schaltungen als Widerstandselemente
verwenden lassen. Dabei wirkt es sich als besonders vorteilhaft aus, daß die zum Einsatz kommenden
Verfahrensschritte vollständig mit jenen Verfahrensschritten verträglich sind, die zur Erzeugung der
Elektrodenanordnung bei integrierten Schaltungen mit Stützleitern (Beam Leads) angewendet werden.
Im folgenden wir die Erfindung an Hand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung
zeigt
Fig. I in Querschniltsdarstellung die verschiedenen
Typen von Metall/Halbleiter-Grenzflächen, die mit dem hier angegebenen Verfahren erzeugt werden können,
Kig. 2 in Querschnittsdarstellung einen Teil einer
integrierten Schaltung mit Schotlky-Dioden,
Fig. 3 in Querschnittsdarstellung einen Teil einer
integrierten Schaltung mit Schottky Dioden, die durch Ionenimplantation erzeugte Zonen entnalten,
Fig.4 die Strom/Spannungs-Kennlinie der mit dem
hier angegebenen Verfahren hergestellten Dioden.
In Fig. 1 ist ein Teil eines einkristallinen Silizium-Plättchens
1 dargestellt, dessen Hauptteil 2 η-leitend ist und bei welchem benachbart einer seiner Oberflächen
zwei im Abstand voneinander liegende p-Zonen 13 und 14 erzeugt worden sind. In die Zone 14 ist eine relativ
stark dotierte n-Zone 5 eingelassen. Eine weitere relativ stark dotierte Zone 54 ist als von der p-Zone 14 im
Abstand liegend dargestellt. Die Zonen 13,14, 5 und 54
können durch Legieren. Festkörper-Diffusion, Ionenimplantation oder durch andere bekannte Prozesse zur
Änderung des l.eistungstyps eines Halbleitcrplättchens erzeugt werden.
Nachdem die vorstehend beschriebenen Zonen erzeugt worden sind, wird ein Muster von Öffnungen
durch eine passivierende Siliziumoxydschicht 17 hindurch erzeugt, um Teile der Oberfläche dieser Zonen
und/oder des Hauptteils freizulegen. Insoweit als selbst die wirksameren chemischen Reinigungsmethoden
mehrere Atomlagen anorganischer Schichten zurücklassen, sind chemische Reinigungsmethoden allgemein
zum Reinigen von Oberflächen unbrauchbar, auf welchen Sperrschichtdioden geringer Sperrspannung
erzeugt Werden sollen. Um eine säubere Siliziürriöberfiäche
sicherzustellen, werden deshalb das Oxid und die freigelegte Siliziumoberfläche einem RückzerstäU'
bungsprozeO unterworfen.
Auf die Reinigungsprozedur folgend wird eine 20— 50 nm dicke Rhodium-Dünnschicht, beispielsweise
durch Zerstäuben oder Verdampfen, auf die Oberfläche des Oxides und der freiliegenden Zonen niedergeschalgcn.
Die Anordnung wird dann einige Minuten lang auf 450—7500C erhitzt, um das Rhodium zur Reaktion mit
dem Silizium zu bringen. Obgleich Temperatur und Dauer der Erhitzung relativ unkritisch sind, verursachen
höhere Temperaturen, z.B. 7000C, eine stabilere
Ordnung der resultierenden Kristallite und sind deswegen vorzuziehen. Nach diesem Schritt befindet
sich Rhodiumsilicid in jedem der Fenster, wo sich das Rhodium mit dem Silizium in Kontakt befand, also in
den Bereichen7,8,9und löin Fig. 1.
Da Rhodium ein relativ inertes Material ist, wird vorteilhaft Rückzerstäubung angewandt, um das unreagiert
gebliebene Rhodium von der Oberfläche des PlätlcheviS zu entfernen. Das Rhodiumsilicid braucht
während der Rückzerstäubung nicht geschützt zu werden, da das verbliebene Rhodium mit etwa der
doppelten Geschwindigkeit wie Rhodiumsilicid entfernt wird und da die Dicke des Rhodiumsilicids rodeuttnd
größer als die Dicke des Rhodiums ist.
Zur Komplettierung der Vorrichtung werden geeignete Metallelektroden 22, 23, 24, 25 und 26 und, soweit
erforderlich, Zwischenverbindungen hergestellt, beispielsweise durch einen Titan-PIatin-Gold-Stützleiter.
Zur Erläuterung der verschiedenen Typen der Rhodiumsilicid/Silizium-Grenzflächen, die n^.ch dem
vorstehend beschriebenen Pro/eß erzeugt werden können, haben in Fig. 1 die p-Zone 13 eine Oberflächenkonzentration
von etwa 2 χ 10" Akzeptoren/cm', der n-Hauptteil 2 eine Oberflächenkonzentration von
etwa I0l(>
Donatoren/cm1, die p-Zone 14 eine Oberflächenkonzentration
von etwa 5 χ 10'" Akzeptoren/cmJ
und die N-Zonen 5 und 54 eine Oberflächenkonzentration von etwa 1020 Donatoren/cm1.
Die Rhodiumsilicid-Zonen 9 und 10 bilden mit ihren entsprechenden Siliziumzonen 4, 5 und 54 Schottky-Dioden,
die '■ber wegen der relativ hohen Werte der ionisierten Dotierstoffe in diesen Zonen praktisch als
ohmsche Kontakte erscheinen. Aus diesem Grunde wird im Nachstehenden angenommen, daß diejenigen Rhodiumsilicid/Silizium-Grenzflächen,
an welchen das Silizium relativ stark dotiert ist, ohmisch sind.
Die Rhortumsilicid-Zone 8 bildet l·. reproduzierbarer
Weise zusammen mit dem N-Ieitenden Hauptteil 2 eine
Schottky-Diode hoher Qualität, derart, daß das Sillcid
die Anode und das Silizium die Kathode der Diode ist. Diese Diode hat eine Du:~:hlaßspannung von etwa 0,35
Volt bei etwa 100 Ampere/cm2 Durchlaßstrom und in Sperrichturg eine Leckst-omdichte von etwa 10 ·>
Ampere/cm2 bei etwa 1 Volt Sperrspannung. Dieser Diodentyp sei nachstehend als NSB(N-Type Schottky
Barrer)-Diode bezeichnet.
Die Rhodiumsilicid-Zone 7 bildet gleichfalls in reprodu/ierba-er Weise mit der p-Zone 13 eine
Schottky-Diode hoher Qualität derart, daß das Silicid die Kathode und das Silizium die Anode der Diode ist.
Diese Diode hat eine Durchlaßspannung von etwa 0,02 Volt bei etwa IÖÖ Ampere/cm2 Durchlaßstromdichle
und eine Leckstromdichte in Sperrichtung von etwa 100
Ampere/cm2 bei etwa 1 Volt Sperrspannung, Dieser Diodentyp sei nachstehend als PSB(P4ype Schottky
barrier)-Diode bezeichnet.
Wenn beispielsweise die PSB-Diode ein Tüpfelchen mit einem Durchmesser von 7,62 χ 10-4Cm ist, dann
beträgt bei 1,0 Volt Sperrspannung der in Sperrichtung fließende Strom etwa 45 Mikroampere, d. h. die
Impedanz bei 1,0 Volt Sperrspannung ist etwa 22 200 Ohm. Diese Impedanz ist für integrierte Mikroleistung»-
halbleiterschaltungen brauchbar.
Schottky-Dioden, die auf Silizium mit relativ niedri
gern spezifischem Widerstand erzeugt worden sind, erscheinen praktisch als ohmsche Leitungswege. Aus
diesem Grunde werden PSB-Dioden mit einer brauchbaren Impedanz in Sperrichtung auf Silizium erzeugt,
dessen Oberflächenkonzentration kleiner als etwa 5 χ 10" Akzeptoren/cm3 ist. Obgleich es möglich ist,
diese Konzentrationswerte durch Festkörper-Diffusion von Bor durch eine Siliziumoxidmaske hindurch zu
erzeugen, ist dieser Prozeß in diesem Bereich schwierig reproduzierbar auszuführen. Daher werden anhand der
Fig. 2 und 3 zwei alternative Methoden zum Erzeugen
von P-Zonen mit relativ niedrigen Oberflächenkonzentrationen erläutert.
F i g. 2 zeigt einen Teil einer integrierten Schaltung 1 aus Silizium mit zwei epitaktischen Schichten 2 und 3,
die mit einem Substrat 4 eines spei/wschen Widerstandes
von etwa 10 Ω cm angeordnet sind, uie weitgehend
gleichförmige epitaktische N-Schicht 2 wurde in einer Dicke von etwa 1,5 Mikrometer auf einer ganzen
Hauptfläche des P-Subtrats 4 erzeugt, und danach wurde auf der ganzen Oberfläche der Schicht 2 die
weitgehend gleichförmige epitaktische P-Schicht 3 gleichfalls in einer Dicke von etwa 1,5 Mikrometer
jo erzeugt. Vorteilhaft haben die Schichten 2 und 3 etwa
die gleiche Dotierstoffkonzentration, z. B. 2 χ 10"/cm'. um die Verschiebung ihrer Grenzfläche, des PN-Übergangs
35, während nachfolgender Warmbehandlungen zu reduzieren. Im einzelnen hat die N-Schicht 2 einen
spezifischen Widerstand von etwa 0,07 Ω cm bei einer im wesentlichen gleichfö.-migen Konzentration von
etwa 2 χ 10" Antimonatomen/cmJ im Innern, und die P-Schicht 3 hat einen spezifischen Widerstand von etwa
0,2 Ω cm bei einer im wesentlichen gleichförmigen
Konzentration von etwa 2 χ 10" Bor-Atomen/cm1 im
Innern. P* -Isolationszonen 36. η * -Kollektorkontaktzonen
54 und eine N '-Emitterzone 5 wurden nach üblichen Diffusionsmethoden unter Verwendung von
Bor als Akzeptor und Phosphor als Donator hergestellt.
Es leuchtet ein, daß die epitaktische P-Schi;ht 3 eine
relativ niedrige Oberflächenkonzentr-jtion für die Erzeugung der PSB-Diode 9 hierauf darstellt. Der
Einfachheit halber sind keine elektrischen Anschlüsse an die anderen Zonen dargestellt.
F i g. 3 zeigt einen Teil einer integrierten Schaltung 1 aus Silizium mit einem relativ hohen spezifischen
Widerstand, beispielsweise OJ Ω cm, wobei eine epitaktische
N-Schicht 2 auf einem P-Substrat 4 vorgesehen ist. P*-Isolationszonen 36, eine p-Basiszone 14, eine
Γ>Ί N * -LiTiitterzone 5 und eine N+ -Kollektorzone 54
wurden durch Festkörper-Diffusion nach üblichen Methoden hergestellt. Eine PSB-Diode 9 wuide auf der
p-Zone 13 erzeugt, die ihrerseits durch Ionenimplantation auf eine Oberflächenkonzentration von etwa
M) 2 χ 10" Boratornfn/cm'erzeugt worden ist.
Bei einer vorteilhaften Methode zur Anwendung der Ionenimplantation wird zuerst eine dünne Metallmaske
auf der ganzen Oberfläche einer halblcitendtn Unterlage
erzeugt. Die Maske kann beispielsweise eine 1000 nm dicke Göldschicht sein mit Fenstern, durch die Teile der
Halbleiteroberfläche freigeJegt sind. Ein Ionenbombardement
der Maske erzeugt lokalisierte Zonen des entgegengesetzten Leitungstyps nur in jenen Bereichen
des Halbleitermaterials, welche durch die Fenster in der Maske frei liegen.
Ein Vorteil des Dotierens durch Ionenimplantation ist die Fähigkeit, die Dotierprofile durch Modulieren der
Energie, des Stromes und der Lage des Ionenstrahl in
drei Dimensionen steuern zu können. Beispielsweise kann in Fig.3 die Zone 13 eine Doticrsloffverteilung
haben, bei der die Obefflächenteile der Zone weniger stark als die inneren Teile dotiert sind. Für viele die
PSB-Dioden betreffenden Anwendungsfälle ist diese in Dotierprofilform Vorteilhaft, weil hier eine niedrige
Oberflächenkonzentration vorhanden ist, in welcher Schotlky'Diodcn mit niedriger Potentialschwclle erzeugt
werden können, und gleichzeitig relativ hoch dotierte innere Teile den Scricnwidcrstand in der Diode is
reduzieren.
Fig.4 zeigt eine Kennlinie für eine Schottky-Diode,
die zwischen Rhodiumsilicid und P-Silizium erzeugt Worden ist. Fig.4 zeigt die verschiedenen Sperrstrom-Leilungsmechanismen,
die in einer solchen Diode './irksam sind. Im einzelnen ist die ausgezogene Linie 71
der tatsächliche Sperrstromverlauf als Funktion der Spannung für eine Diode, die auf P-Silizium mit einer
Oberflächenkonzentration von 2 χ 10" Boratorhen/cm3
erzeugt worden ist. Die gestrichelte Linie 72 gibt den von ninem idealen Übergang mit einer
gleichrichtenden Sperrschicht konstanter Höhe zu erwartenden Sperrstrom wieder und ist als solcher eine
Komponente des gesamten Spefrslrörris in der Diode.
Die gestrichelte Linie 73 bezeichnet die Größe des Stroms, der durch einen Tunneleffekt bei gegebenen
Spannungswerten erzeugt wird, und ist daher eine weitere Komponente des Gesamtslroms in der Diode.
Der gekrümmte Teil der Kurve 71 zwischen etwa 0,015
Volt und etwa 7 Volt gibt die Erniedrigung dsr Sperrschichthöhe wieder.
Diese Nichtlinearität kann selbstverständlich in Verschiedenen digitalen und linearen integrierten
Schallüngsanwendungsfälleh ausgenützt werden.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen einer Schottky-Diode in einem Siliciumkörper, der eine ebene Hauptfläche
besitzt, bei welchem in dem Siliciumkörper mindestens eine der Hauptfläche benachbarte Zone mit
einer vorbestimmten Dotierstoffkonzentration gebildet wird, eine Maske auf der Hauptfläche erzeugt
wird, welche ein Fenster aufweist, welches zumindest einen Teil der Oberfläche der Zone freilegt, der
freiliegende Teil der Oberfläche gereinigt wird, eine gleichförmige Schicht eines Metalls oder einer
Legierung auf der Maske und innerhalb des Fensters derart niedergeschlagen wird, daß ein Teil der
Schicht an den Teil der Oberfläche der Zone in dem Siliciumkörper angrenzt, und der Siliciumkörper für
eine zur Bildung eines Metallsilicids ausreichende Zeitdauer erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zone P-Ieitend ist und durch Dotierung ώ :f eine relativ niedrige Akzeptorkon-
?entration von weniger als 5 χ lO'Vcm3 an der
Oberfläche gebracht wird, daß der Siliciumkörper auf einer vom Siliciumkörper elektrisch isolierten
Kathode angeordnet und zum Reinigen einer Rückzerstäubung unterworfen wird und daß anschließend
eine Erwärmung im Bereich zwischen 450° und 750°C durchgeführt wird, so daß sich das
Metallsilicid bildet, wodurch eine Schottky-Diode, die sich als Impedanzelemeni in einer integrierten
Schaltung eignet, entsteht, deren Kathode durch das Melallsilicid 'ind deren Anode durch das Silicium
gebildet werden.
2. Verfahren nach Ansprucl. 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein etwaigei Rsst des niedergeschlagenen Metalls, welches nicht ir das Metallsilicid
umgewandelt wurde, entfernt wird, indem der Siliciumkörper einer weiteren Rückzerstäubung
unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Rhodiumsilicid, Platinsilicid.
Palladiumsilicid oder Zirkonsilicid verwendet werden.
io
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691966243 DE1966243C3 (de) | 1968-08-27 | 1969-08-21 | Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode zur Verwendung als Impedanzelement in integrierten Schaltungen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US75561068A | 1968-08-27 | 1968-08-27 | |
DE19691966243 DE1966243C3 (de) | 1968-08-27 | 1969-08-21 | Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode zur Verwendung als Impedanzelement in integrierten Schaltungen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1966243A1 DE1966243A1 (de) | 1972-03-02 |
DE1966243B2 DE1966243B2 (de) | 1978-10-26 |
DE1966243C3 true DE1966243C3 (de) | 1979-06-28 |
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ID=25758330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19691966243 Expired DE1966243C3 (de) | 1968-08-27 | 1969-08-21 | Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode zur Verwendung als Impedanzelement in integrierten Schaltungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1966243C3 (de) |
-
1969
- 1969-08-21 DE DE19691966243 patent/DE1966243C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1966243B2 (de) | 1978-10-26 |
DE1966243A1 (de) | 1972-03-02 |
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